JPH0763561A - 方位計測装置およびそのドリフト補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ジャイロ式方位計のドリフト変化を正確に検
出する。 【構成】 同一方向に対する方位計２３の測定を複数回
実行し、その測定時刻を時計１１Ａにより計時する。方
位計２３の測定結果の時間変化を曲線で表す数式を、測
定結果および測定時刻を用いた統計処理によりＭＰＵ１
１が算出し、この数式により、測定対象の測定結果に対
するドリフト補正量を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ジャイロ式方位計を用
いて方位の計測を行う方位計測装置およびそのドリフト
補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】方位計測装置の中で、ジャイロ式方位計
を用いた方位計測装置は、計測のための準備処理が簡単
で、計測精度が高いことがよく知られている。従来この
種の方位計測装置の唯一の欠点は、地球の自転の影響、
地震やジャイロの部品の製作粘度等の影響を受けて、ジ
ャイロが一定の姿勢を保つことができず、微妙に偏位
（その偏位量がドリフト量と呼ばれる。）してしまうこ
とである。このため、方位の測定結果に誤差が生じるこ
とになる。そこで、特開昭６０−１２３７１５号では次
のような測定結果のドリフト補正方法を提案している。

【０００３】この提案の補正方法を図１１を用いて説明
する。ジャイロ式方位計を出発点Ｘと目標点Ｙとの間を
往復動させ、この間に方位測定を行う。出発時点ｔ０か
ら出発点に戻った時点ｔｎまでの間、方位計測装置の計
測結果として図１１の符号ＣＣのような曲線が得られた
とする。同一地点（この場合、同一方向）における時刻
ｔ０の計測方位角と時刻ｔｎの計測方位角の差分がドリ
フト量Ｄとなる。この提案では、時刻ｔ０からドリフト
量が直線ＡＡのように変化していくとみなし、例えば、
曲線ＣＣ上の時刻ｔｉの測定方位角と、直線ＡＡ上の時
刻ｔｉの方位角の差分ｄを真の方位角と定める。この提
案により地球の自転の影響等、時間の経過に対して直線
的に変化するジャイロの偏位の影響を取り除くことがで
きるようになった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、方位測
定装置を建物や、機械設備などに設置して、芯だしのた
めに方位を計測する場合には、地震、振動の影響がジャ
イロに加わってドリフト量も図１１の曲線ＢＢのように
変化する。このような振動影響は、測定場所ごとに影響
量が異なり、その振動そのものを測定することは、困難
であると共に、例え、加速度計などにより振動を計測す
るとしても方位計測装置が大型化してしまう。また地
震、振動の影響を取除いても直線ＡＡのようにドリフト
量が時間の経過に対して直線的に変化するとは限らず、
２次曲線的な変化を見せることもある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、上述の点に鑑み
て、装置を大型化することなく方位計測精度をさらに向
上させることが可能な方位計測装置およびそのドリフト
補正方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１の発明は、ジャイロ式方位計のドリ
フト量を検出して、前記ジャイロ式方位計の測定結果に
対するドリフト補正を行う方位計測装置において、特定
方向に対して異なる時点で行われた複数回の方位測定の
第１の測定時刻を計時する第１の計時手段と、測定対象
の方位を測定した時の第２の測定時刻を計時する第２の
計時手段と、前記特定の方向についての測定の結果の時
間的変化を前記ジャイロ式方位計のドリフト変化とみな
し、当該時間的変化を曲線で表す数式を、当該特定方向
についての測定結果および前記第１の測定時刻を用い
て、統計処理により取得する第１の情報処理手段と、当
該得られた数式により前記第２の測定時刻での前記ジャ
イロ式方位計のドリフト量を検出する第２の情報処理手
段とを備えたことを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は、ジャイロ式方位計のド
リフト量を検出して、前記ジャイロ式方位計の測定結果
に対するドリフト補正を行う方位計測装置のドリフト補
正方法において、特定方向に対して異なる時点で行われ
た複数回の方位測定の第１の測定時刻を計時し、測定対
象の方位を測定した時の第２の測定時刻を計時し、前記
特定の方向についての測定の結果の時間的変化を前記ジ
ャイロ式方位計のドリフト変化とみなし、当該時間的変
化を曲線で表す数式を、当該特定方向についての測定結
果および前記第１の測定時刻を用いて、統計処理により
取得し、当該得られた数式により前記第２の測定時刻で
の前記ジャイロ式方位計のドリフト量を検出することを
特徴とする。

【０００８】

【作用】本願の発明者は、同一方向についての複数回の
方位の測定結果と、その時刻が判明すると、振動影響が
加わったドリフト変化を曲線で近似させることができる
ことに気がつき、請求項１および２の発明では、基準方
向等の特定方向について複数回の測定を行い、その測定
結果および測定時刻からジャイロ式方位計のドリフト変
化を取得する。得られたドリフト変化は時刻に関する数
式で表されるので、測定対象を測定した時点のドリフト
量が、その計時時刻（第２の測定時刻）から求まる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１０】まず図１を用いて本実施例の方位測定装置
の計測方法を説明する。図１は基準位置での基準方向
（本発明の特定方向に対応）に対する方位測定装置の計
測方位角および任意の時刻での測定対象に対する計測方
位角の関係を示す。

【００１１】方位測定装置により基準位置で特定の方向
の計測を一定時間おきに複数回、図１の例では時刻Ｔ１
〜Ｔ４に４回測定する。この時の測定結果ＳＭＰ１〜Ｓ
ＭＰ４および測定時刻Ｔ１〜Ｔ４を方位計測装置内に保
存する。この後、測定対象の方向を計測するごとに、そ
の時刻ＴＴｎを計時する。方位計測結果Ｍ１〜Ｍｎおよ
び時刻の計時結果ＴＴ１〜ＴＴｎを方位計測装置内に保
存する。測定対象のための測定が終了すると、方位測定
装置を上記基準位置に戻し、特定の方向についての方位
測定を行う。またその時刻Ｔ６を計時する。この時の方
位計測結果、ＳＭＰ５と計時結果Ｔ６とを方位測定装置
内に保存する。

【００１２】このようにして得られた測定結果と時刻の
関係は図１に示すものとなる。本実施例では測定対象の
測定の前および後で得られた基準位置での複数点の測定
結果の示す方位角、換言するとドラフト量が図１の曲線
Ａ上を変化するとみなし、複数点の測定結果およびその
測定時刻に基づき曲線Ａを表す関数を統計処理により取
得する。このようにして取得した関数の示す曲線と、測
定対象の方位測定結果Ｍ１〜Ｍｎとの間の距離（図１に
おいてΔ１〜Δｎ）を方位測定装置内で計算し、計算結
果を、真の測定方位角と決定する。

【００１３】以上の測定方法により方位の測定を行う方
位測定装置の一実施例の外観を図２に、主要回路構成を
図３に示す。図２，３において、ジャイロ部２０はジャ
イロ式方位計２３を内蔵し、ジャイロ部２０の設置方向
と基準方向とのなす角度を電気変量、本実施例ではアナ
ログ電圧の形態で出力する。この出力はケーブル３０に
より演算部１０に転送される。また、ジャイロ部２０は
電池２１を電源とし、操作パネル２２から測定の実行の
指示を行う。演算部１０は後述のキーボード１２や表示
器１３を有し、動作指示の入力や方位測定結果の表示等
の処理を行う。

【００１４】ジャイロ部２０について説明する。方位計
２３は周知のジャイロ式方位計を用いることができる。
本実施例では次の機能を持つ方位計、すなわち、特定の
位置に方位計を設置し、方位計の設置方向が基準位置で
あること、いわゆる、ゼロ点調整を操作パネル２２から
指示すると（以下この指示をリセット指示と称す
る。）、この方向に方位計の向きが一致している時には
方位の測定結果としてオフセットレベルの電圧を出力
し、方位計が他の方向に向けられている時には基準方向
となす角度に比例した電圧を上記オフセットレベルの電
圧に加える方位計を用いる。

【００１５】制御部２４は操作パネル２２のリセットの
指示を方位計２３に転送する他、操作パネル２２を介し
てリモートスイッチ４０から計測の指示があった時には
方位計２３の測定結果を操作パネル２２に出力する。操
作パネル２２はリモートスイッチ４０からの計測の指示
を受け付け、この指示を演算部１０に転送する他、制御
部２４から出力される方位の測定結果を操作パネル２２
から演算部１０に転送する。本実施例ではドリフト修正
を行うための基準位置での計測の開始の指示および測定
対象に対する計測の指示がリモートスイッチ４０から行
われる。

【００１６】次に演算部１０について説明する。マイク
ロプロセッサ（ＭＰＵ）１１はＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ
を有し、後述する図４〜図７の制御手順を実行すること
により、方位計２３の測定結果に対するドリフト補正を
行う。また、演算部１０全体の制御を実行する。ＭＰＵ
１１には時計１１Ａ（請求項１の発明の第１、第２の計
時手段）が接続されている。後述するがＭＰＵ１１が請
求項１の発明の第１、第２の情報処理手段として動作す
る。

【００１７】キーボード１２からはＭＰＵ１１に対して
計測に関わる各種、動作指示やデータを入力する。表示
器１３はＭＰＵ１１の制御の下に動作指示の入力のため
の案内情報（以下メニュー情報と称する。）および測定
結果等を表示する。

【００１８】フロッピーディスク記憶装置（ＦＤＤ）１
４は装着されたフロッピーディスク１４Ａに対してデー
タの読み／書きを行う。本実施例では、測定結果をフロ
ッピーディスク１４Ａに格納する。

【００１９】入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）１５は
ジャイロ部２０のＡ／Ｄ変換後の測定結果をＭＰＵ１１
に転送すると共に、ＭＰＵ１１から出される指示をジャ
イロ部１０に転送する。Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）
変換器１６はアナログ電圧形態の測定結果を、電圧値を
示すデジタル信号に変換する。

【００２０】このようなシステム構成において実行され
る計測動作を説明する。システムに電源が投入される
と、図４に示すメインルーチンが起動される。ＭＰＵ１
１はこのメインルーチンにより図８のメニュー画面を表
示器１３の表示画面に表示させ（Ｓ１０）、ユーザのモ
ードの指示を待つ。ユーザは表示画面を見て所望のモー
ドをキーボード１２から指示する。本実施例では以下の
モードが用意されている。

【００２１】１）設定モード−−−カレンダー、時刻、
測定データの識別名および測定データを記憶するための
ファイル名を入力するモード ２）計測モード−−−方位の計測を実行するモード ３）ディスク管理モード−−−フロッピーディスク１４
Ａに格納されているファイル一覧の読み出し、表示また
は印刷を行うモード ４）パワーオフモード−−−図４の制御手順を終了させ
るモード 以下、ユーザの操作順にＭＰＵ１１の制御処理内容を説
明して行く。ユーザは表示画面を見て、設定モードをキ
ーボード１２により指示する（Ｓ２０）。この指示が図
４のステップＳ３０において検出され、ＭＰＵ１１の実
行手順はステップＳ３５の設定処理へと移行する。

【００２２】この設定処理の詳細手順を図５に示す。図
５においてＭＰＵ１１は図９に示すメニュー画面を表示
し、設定すべきデータの入力を受け付ける。このときユ
ーザはキーボード１２からカレンダー等のデータを順時
に入力する。入力されたデータはＭＰＵ１１内のＲＡＭ
に一時記憶される（Ｓ１００〜Ｓ１３０）。図５の処理
手順が終了すると、ＭＰＵ１１の実行手順は図４のＳ１
０に戻るので、再び図８の表示画面が表示器１３に表示
される。設定処理が終了したので、ユーザは次に計測モ
ードを選択する。このモード選択が図４のＳ４０で検出
されると、ＭＰＵ１１はＳ４５の計測処理へと移行す
る。

【００２３】計測処理の詳細手順を図６に示す。図６に
おいてＭＰＵ１１は表示画面に図１０に示すメニュー画
面を表示させる（Ｓ２００）。なお、この時点では測定
データ群Ｂは表示されていない。ユーザはこの表示画面
を見て、処理内容を指示する。本実施例では次の処理が
用意されている。

【００２４】ｉ）ジャイロ部１０から測定結果を受信
し、測定結果に対してドリフト補正を行い、補正結果を
表示する処理 ii）ファイル名等の設定データの編集を行う処理 iii)測定データ、補正後の測定データをフロッピーディ
スクに保存する処理 iv）計測モードを終了する処理。

【００２５】ユーザはｉ）の計測実行処理を選択する
（Ｓ２１０）。キーボード１２から入力された指示によ
り計測処理の実行が指示されたことを検出すると（Ｓ２
２０）、ＭＰＵ１１は図６のステップＳ２２５の角度測
定処理に実行手順を移す。角度測定処理の詳細手順を図
７に示す。ユーザは次にジャイロ部２０を図２の基準方
向Ｐに設置し、操作パネル２２からリセットの指示を行
う。この結果、方位計２３の出力レベルがオフセットレ
ベルに設定される。次に、ユーザはリモートスイッチ４
０を用いて初期処理の起動を指示する。この指示に応じ
て、ＭＰＵ１１は時計１１による計時を開始すると共に
方位計２３のこの時点での第１回目の測定結果をＩ／Ｏ
１５を介して受信し、内部メモリに記憶する（Ｓ３００
→Ｓ３１０）。

【００２６】以下、ＭＰＵ１１は一定時間（この例では
１０秒）が経過する毎に計４回方位計の測定結果および
時計１４Ａの計時結果（請求項１の発明の第１の測定時
刻）を取得する（Ｓ３２０〜Ｓ３４０のループ処理）。
この後、ＭＰＵ１１はユーザからの測定対象についての
計測の指示を待つ（Ｓ３５０のループ処理）。上述の初
期処理後、ユーザはアナログ部２０を測定対象の方向Ｑ
（図２参照）に位置合わせし、リモートスイッチ４０を
操作する。この操作により測定の指示が操作パネル２
２、Ｉ／Ｏ１５を介してＭＰＵ１１に転送される。ＭＰ
Ｕ１１はこの指示を受信すると、Ｉ／Ｏ１５からこの時
点の方位の測定結果を読み出し内部メモリに記憶する。
また、初期処理の開始時点以後の経過時間（請求項１の
発明の第２の測定時刻）を時計１１Ａから読み出し、上
記測定結果と関連付けて内部メモリに記憶する（Ｓ３５
０→Ｓ３６０）。以下、ＭＰＵ１１はリモートスイッチ
４０の操作がある毎に規定回数（計５回）計測結果およ
びその経過時間を内部メモリに記憶する（Ｓ３５０〜３
７０のループ処理）。規定回数分の計測を行うと、ユー
ザはジャイロ部２０を再び基準方向Ｐ（図２参照）に戻
し、リモートスイッチ４０を操作する（Ｓ３８０）。こ
の指示に応じてＭＰＵ１１はこの時点の方位測定結果お
よび測定時刻（請求項２の発明の第２の測定時刻）を内
部メモリに記憶する（Ｓ３９０）。

【００２７】以上の処理により基準位置での５回の測定
および任意の位置での５回の測定を行うと、ＭＰＵ１１
は請求項１の発明の第１の情報処理手段として基準位置
での測定データおよびその測定時刻から方位計２３のド
リフト変化（図１の曲線Ａを示す関数）を計算する（Ｓ
４００）。この関数は、従来周知の統計的な手法、たと
えば、最小自乗法、回帰分析、フーリエ解析等の統計手
法を用いて、方位角ｙを時刻ｔの関数で表したｆ（ｔ）
を取得する。例えばｆ（ｔ）をａｘ² ＋ｂｘ＋ｃのよう
な２次の関数で表すと、上記基準点の測定データと関数
ｆ（ｔ）との距離が最小となる係数ａ，ｂ，ｃを求め
る。

【００２８】関数ｆ（ｔ）が求まると、ＭＰＵ１１は請
求項１の発明の第２の情報処理手段として測定対象を測
定した時点の方位計２３のドリフト量を関数ｆ（ｔ）に
測定時刻を代入することにより求め、真の角度ｄ_i （図
１１のｄ）を次式により求める（Ｓ４１０）。

【００２９】

【数１】ｄ_i ＝Ｄ_i （ｔ_i ）−ｆ（ｔ_i ） ここで、Ｄ_i （ｔ_i ）は時刻ｔ_i の実際の測定角度であ
り、実際の測定出力（単位はボルト）に、角度換算する
ための換算係数を乗ずることまたは積分により得られ
る。補正された方位角は、他のデータ例えば、修正前の
測定結果、測定時刻等と共に図１０に示すように表示さ
れ、実行手順はモード入力処理に戻る（図７のＳ４２０
→図６のＳ２００）。測定結果をフロッピーディスクに
格納したい場合、ユーザはキーボード１２を用いて保存
モードを指示すると、ＭＰＵ１１はこれまでに取得した
測定データや補正後の測定データをＦＤＤ１４を介して
フロッピーディスク１４Ａに格納する（Ｓ２１０〜Ｓ２
４０→Ｓ２４５）。

【００３０】なお、データのフロッピーディスク１４Ａ
への格納に先立って設定データを修正する必要があれば
ユーザは編集処理モードを用いて設定データの修正、新
規設定を行うことができる。

【００３１】以上説明したように、本実施例では、方位
計のドリフトの変化を従来のように直線で近似させず、
曲線で近似させる。このために、基準位置で、複数回の
測定を行うと共に測定時刻をも取得する。したがって、
測定結果に対する補正精度が向上し、より正確な方位角
度が得られる。

【００３２】本実施例の他に次の例を実施できる。

【００３３】１）基準位置での測定点数は曲線を表す数
式により定まるので、補正精度と処理時間を考慮して定
めると良い。関数を多項式で表す場合、基準位置での測
定点数は２次では最低３点、３次では最低４点必要であ
る。

【００３４】２）本実施例では測定対象についての測定
の前後に基準位置での測定を行っているが測定対象の測
定の間に基準位置での測定を行ってもよい。この場合
は、リモートスイッチ４０の指示でどちらの測定を行う
かを指示する。

【００３５】３）本実施例では演算部１０とジャイロ部
２０を別体の構成としているが、一体型とすることもで
きる。さらには、実際の測定データをフロッピーディス
クなどの不揮発性の記憶媒体に記憶しておき、パーソナ
ルコンピュータ等を用いて、後日測定データのドリフト
補正を行うこともできる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ジャイロ式方位計のドリフト変化を曲線で近似させるこ
とができるので、測定時に加わる振動などの非線形影響
（時間に比例しない影響）をも方位の測定結果から検出
できる。このため、装置構成を簡素化できるだけでな
く、測定精度も従来よりも向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を説明すための特性図である。

【図２】本発明実施例の外観を示す斜視図である。

【図３】本発明実施例の回路構成を示すブロック図であ
る。

【図４】図３のＭＰＵ１１が実行する制御手順を示すフ
ローチャートである。

【図５】図３のＭＰＵ１１が実行する制御手順を示すフ
ローチャートである。

【図６】図３のＭＰＵ１１が実行する制御手順を示すフ
ローチャートである。

【図７】図３のＭＰＵ１１が実行する制御手順を示すフ
ローチャートである。

【図８】本発明実施例の表示例を示す説明図である。

【図９】本発明実施例の表示例を示す説明図である。

【図１０】本発明実施例の表示例を示す説明図である。

【図１１】従来の方位測定方法を説明するための特性図
である。

【符号の説明】

１０ 演算部 １１ ＭＰＵ １２ キーボード １３ 表示器 １４ ＦＤＤ １５ Ｉ／Ｏ １６ Ａ／Ｄ ２０ ジャイロ部 ２２ 操作パネル ２３ （ジャイロ式）方位計 ２４ 制御部 ４０ リモートスイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジャイロ式方位計のドリフト量を検出し
   て、前記ジャイロ式方位計の測定結果に対するドリフト
   補正を行う方位計測装置において、 特定方向に対して異なる時点で行われた複数回の方位測
   定の第１の測定時刻を計時する第１の計時手段と、 測定対象の方位を測定した時の第２の測定時刻を計時す
   る第２の計時手段と、 前記特定の方向についての測定の結果の時間的変化を前
   記ジャイロ式方位計のドリフト変化とみなし、当該時間
   的変化を曲線で表す数式を、当該特定方向についての測
   定結果および前記第１の測定時刻を用いて、統計処理に
   より取得する第１の情報処理手段と、 当該得られた数式により前記第２の測定時刻での前記ジ
   ャイロ式方位計のドリフト量を検出する第２の情報処理
   手段とを備えたことを特徴とする方位計測装置。
2. 【請求項２】 ジャイロ式方位計のドリフト量を検出し
   て、前記ジャイロ式方位計の測定結果に対するドリフト
   補正を行う方位計測装置のドリフト補正方法において、 特定方向に対して異なる時点で行われた複数回の方位測
   定の第１の測定時刻を計時し、 測定対象の方位を測定した時の第２の測定時刻を計時
   し、 前記特定の方向についての測定の結果の時間的変化を前
   記ジャイロ式方位計のドリフト変化とみなし、当該時間
   的変化を曲線で表す数式を、当該特定方向についての測
   定結果および前記第１の測定時刻を用いて、統計処理に
   より取得し、 当該得られた数式により前記第２の測定時刻での前記ジ
   ャイロ式方位計のドリフト量を検出することを特徴とす
   る方位計測装置のドリフト補正方法。